(57)【要約】【課題】  ブロックに形成された流路を、少ない熱源で複数の温度領域の設定温度に制御する。【解決手段】  ＤＮＡの解離工程、アニーリング工程および複製工程を１サイクルとする複数サイクルの流路４１が形成されたチップ２と、高温側熱源３１および低温側熱源３２からなる温度制御装置３とから構成される。そして、高温側熱源３１および低温側熱源３２をチップ２の一面に離隔して接触させると、その熱がチップ２に熱伝導され、チップ２に高温側熱源３１から低温側熱源３２にかけて連続する温度勾配が発生する。ここで、チップ２の流路４１は、チップ２に発生する温度勾配におけるＤＮＡの解離工程、アニーリング工程および複製工程に基づいてそれぞれ選択された温度領域に形成されている。このため、流路４１をＤＮＡが通過する際、各工程においてそれぞれ選択された温度に制御される。【選択図】  図１
2006244476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の設定温度領域に温度を制御する必要のある流路が形成されたブロックに、前記設定温度領域の数よりも少ない数の熱源を接触または近接させて前記ブロックに温度勾配を発生させ、ブロックの流路を設定温度に制御することを特徴とするブロックの温度制御装置。
【請求項２】
ブロックに形成された流路を流通する流体の温度制御を行うための温度制御装置であって、
前記ブロックに対して、前記液体の流通方向に沿って離間した状態で接触させられる一対の熱源であって、この一対の熱源は互いに温度が異なり、前記ブロックに上記熱源同士の温度差に応じた温度勾配を生じさせるものである、熱源と、
前記一対の熱源を保持する熱源保持部材と、
前記保持部材に設けられ、前記一対の熱源間の直接熱移動を防止するための断熱手段と、
前記熱源の温度を制御する熱源制御部と
を有することを特徴とする流体温度制御装置
【請求項３】
請求項２記載の流体温度制御装置において、
前記断熱部は、空気層であることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の流体温度制御装置において、
さらに、前記空気層中の空気を流通させ、当該空気層中の空気の温度上昇を防止するための空気流通装置を有することを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の流体温度制御装置において、
前記空気流通装置により流通される空気は室温若しくはそれ以下の温度であることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項６】
請求項２記載の流体温度制御装置において、
前記断熱部は、前記熱源の周囲に設けられた空気層であり、この空気層により前記熱源保持部材への熱伝導を抑制するように構成されていることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の流体温度制御装置において、
前記熱源保持部材は、前記熱源を点若しくは線接触で保持しているものであることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項８】
請求項２記載の流体温度制御装置において、
前記断熱部は、前記熱源保持部材の少なくとも一部に設けられた断熱部材であることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項９】
請求項２記載の流体温度制御装置において、
前記ブロックに設けられた流路は、少なくとも前記温度勾配方向両端で順次折り返して温度勾配方向に沿って複数回往復するように形成されており、前記熱源は、前記複数の折返し部に亘って設けられ、前記ブロックには、前記流路への流体注入口及び出口が前記２つの熱源間に位置して設けられていることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項１０】
請求項２記載の流体温度制御装置において、
前記熱源の前記ブロックに接触する部位には熱源とブロックの密着性を高める柔軟性熱伝導部材が固着され、この熱源はこの熱伝導部材を介して前記ブロックと面接触することを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の流体温度制御装置において、
前記熱伝導部材は、ジェルシートであることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項１２】
ブロックに形成された流路を流通する流体の温度制御を行うための温度制御装置であって、
前記ブロックの表面及び裏面に当接してこのブロックを挟む一対の熱源であって、この一対の熱源は互いに温度が異なり、前記ブロックの厚さ方向に沿って上記熱源同士の温度差に応じた温度勾配を生じさせるものである、熱源と、
前記一対の熱源を保持する熱源保持部材と、
を有することを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の流体温度制御装置において、
前記熱源保持部材は、前記熱源を断熱手段を介して保持していることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の流体温度制御装置において、
前記断熱部は、空気層であることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項１５】
請求項３記載の流体温度制御装置において、
さらに、前記空気層中の空気を流通させ、当該空気層中の空気の温度上昇を防止するための空気流通装置を有することを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項１６】
請求項１２記載の流体温度制御装置において、
前記熱源の前記ブロックに接触する部位には熱源とブロックの密着性を高める柔軟性熱伝導部材が固着され、この熱源はこの熱伝導部材を介して前記ブロックと面接触することを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項１７】
請求項１０記載の流体温度制御装置において、
前記熱伝導部材は、ジェルシートであることを特徴とする流体温度制御装置。
【請求項１８】
解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する微細流路を形成したブロックにＤＮＡを流通させ、所定の領域で、前記解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する温度に前記ＤＮＡを制御することでＤＮＡを増幅するためのＤＮＡ増幅装置であって、
前記ブロックに対して、前記液体の流通方向に沿って離間した状態で接触させられる２つの熱源であって、この２つの熱源はそれぞれ解離工程と複製工程に対応する温度に制御され、前記ブロックに上記熱源同士の温度差に応じた温度勾配を生じさせることで前記ＤＮＡを前記解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する温度に制御するものである、熱源と、
前記２つの熱源を保持する熱源保持部材と、前記保持部材に設けられ、前記熱源間の直接熱移動を防止するための断熱部と、
前記熱源の温度を制御する熱源制御部と
を有することを特徴とするＤＮＡ増幅装置。
【請求項１９】
解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する領域を有する微細流路を有し、この微細流路にＤＮＡを連続的に流通させ、それぞれの工程に対応する領域で、解離工程、アニーリングおよび複製工程に対応する温度に制御することでＤＮＡを増幅するためのＤＮＡ増幅用ブロックであって、
前記解離工程に対応する微細流路が形成された第１の層と、
前記アニーリング工程に対応する微細流路が形成された第２の層と、
前記複製工程に対応する微細流路が形成された第３の層と
が積層されてなることを特徴とするＤＮＡ増幅用ブロック。
【請求項２０】
請求項１９記載のＤＮＡ増幅用ブロックであって、
前記第１〜第３の層は、前記第１の層の微細流路を前記解離工程に対応する温度に制御し、前記第３の層の微細流路を複製工程に対応する温度に制御した場合に、前記第２の層の微細流路が第１の層から第３の層に渡って生じる熱勾配により前記アニーリング工程に対応する温度に制御されるように形成されていることを特徴とするＤＮＡ増幅用ブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブロック自体若しくはこのブロックの流路を流通する流体を複数の設定温度に制御する温度制御装置及びそれを用いたＤＮＡ増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、核酸、例えば、ＤＮＡを分析する場合においては、各個体からＤＮＡを抽出した後、抽出されたＤＮＡを増幅して分析に必要な量を確保し、次いで、ＤＮＡを検出するという手順が採用される。具体的には、図１５に示すように、個体の全血などの検体からＤＮＡを分離し、精製する前処理を施した後、精製された微量なＤＮＡを、通常、ＰＣＲ（polymerase chain reaction ）法によって増幅し、増幅されたＤＮＡをハイブリダイゼーションや電気泳動などによって検出し、検出結果を判定するようにしている。
【０００３】
このようなＤＮＡの分析は、通常、実験室レベルで行われており、高額な機器とともに、複雑な作業手順と多くの作業時間を必要とし、ＤＮＡ分析の普及を妨げている。因みに、分析に要する時間は、現在、検体と検査法により異なるが、３時間以上が一般的となっている。
【０００４】
このような実験室レベルのＤＮＡ分析に対して、検体のＤＮＡをすぐその場で検査できるようになれば、臨床分野、防疫分野、捜査分野などの多方面にわたって多大な利益が見込まれることになり、分析のより高速化、小型化を目指して鋭意研究が進められている。
【０００５】
例えば、数センチメートル角のガラス板、シリコンウェーハ、プラスチック板、金属板にマイクロメートルサイズ、ナノメートルサイズの微細流路を形成したマイクロチップ（マイクロ化学チップ、マイクロ流体チップあるいはラボ・オン・ア・チップと呼ばれることもある。）上で、ＤＮＡの前処理、増幅、検出といった一連の処理を行うことが研究されている。
【０００６】
例えば、非特許文献１には、ＤＮＡの増幅に関する具体的な記述は認められないが、図から判断すると、解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する微細流路を形成した基板に、それぞれ設定温度に維持された複数個のヒーターを配置し、微小な領域をそれぞれ異なる設定温度に制御する点が記載されている。
【０００７】
なお、ＤＮＡの増幅に用いられるＰＣＲ法は、図１６に示すように、増幅したいＤＮＡ（図１６（ａ）参照）をプライマーＰおよび酵素ＥなどのＰＣＲ試薬を加えた状態で９５℃前後の温度に保持し、ＤＮＡを解離させる工程（図１６（ｂ）参照）、５５℃前後の温度に保持し、プライマーＰをＤＮＡに結合させる（アニーリングという。）工程（図１６（ｃ）参照）および７０℃前後の温度で保持し、酵素ＥによってプライマーＰを起点として伸長させ、ＤＮＡを複製する工程（図１６（ｄ）参照）を１サイクルとして、このサイクルを複数回（通常２０〜３０回程度）繰り返すものである。例えば、初めに目的とするＤＮＡが１コピー存在すれば、３０サイクルで約１００万コピーに増幅することができる。
【非特許文献１】馬場  嘉信，「マイクロチップ・ナノテクノロジーによる超高速ＤＮＡ解析」，蛋白質  核酸  酵素，共立出版株式会社，２０００年１月１日，第４５巻，第１号，ｐ．７６−８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１の温度制御装置では、ヒーターの小型化には限界があり、数センチメートル角程度の大きさのマイクロチップ上では、ヒーター同士が干渉し、適切な温度制御が困難となる。特に、温度制御する対象領域の個数がさらに増加すれば、対応することはできない。
【０００９】
なお、東京大学生産技術研究所において、平成１４年１月９日に発表された生研記者会見資料「シリコーンゴムを用いた反応分析用マイクロチップの開発−微細加工技術を応用して生化学反応やＤＮＡ分析を極小化−」には、２インチ×３インチのＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）製基板の表面に、解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する微細流路を形成してマイクロチップとする一方、金属膜からなるヒーターと温度センサを積層状態で埋設したシリコン板をガラス基板に貼り合わせて温度制御デバイスを形成し、マイクロチップと温度制御デバイスを積層したハイブリッド構造の反応装置が記載されている。
【００１０】
この反応装置によれば、温度制御デバイスのヒーターを作動させ、温度センサからの信号に基づくＰＩＤ制御によってＤＮＡの解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する微細流路の各領域を設定温度に維持し、微細流路に供給されたＤＮＡが、温度制御された解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する領域を順に繰り返し通過することにより、増幅される。
【００１１】
しかしながら、このような反応装置においては、ヒーターが薄い金属膜で形成されており、製造に際してコストがかさむとともに、寿命の問題があり、研究室レベルではともかく、臨床分野、防疫分野、捜査分野などには採用することができない。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ブロックに形成された流路を流通する流体を複数の設定温度に確実に維持することができる温度制御装置であって、簡易な構成により所望の温度設定を実現できる温度制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
この発明はさらに、簡易な構成で、解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する温度制御を実現できるＤＮＡ増幅装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、この発明の第１の主要な観点によれば、複数の設定温度領域に温度を制御する必要のある流路が形成されたブロックに、前記設定温度領域の数よりも少ない数の熱源を接触または近接させて前記ブロックに温度勾配を発生させ、ブロックの流路を設定温度に制御することを特徴とするブロックの温度制御装置が提供される。
【００１５】
具体的には、この温度制御装置は、ブロックに形成された流路を流通する流体の温度制御を行うための装置であって、前記ブロックに対して、前記液体の流通方向に沿って離間した状態で接触させられる一対の熱源であって、この一対の熱源は互いに温度が異なり、前記ブロックに上記熱源同士の温度差に応じた温度勾配を生じさせるものである、熱源と、前記一対の熱源を保持する熱源保持部材と、前記保持部材に設けられ、前記熱源間の直接熱移動を防止するための断熱手段と、前記熱源の温度を制御する熱源制御部とを有することを特徴とする流体温度制御装置が提供される。
【００１６】
このような構成によれば、複数個の熱源をそれぞれ異なる設定温度に制御して、ブロックに配置することにより、ブロックに温度勾配が発生する。このため、温度勾配途中に位置するブロックの任意の一点は、常に一定温度に維持されている。したがって、熱源の数を温度制御が必要とされる領域以下の数にすることができる。
【００１７】
なお、ブロックの流路は、ブロックに発生する温度勾配に基づいて必要とする温度領域を選択して形成すればよく、これによりブロックに発生する温度勾配に基づいて流路を必要とする温度に確実に維持することができる。特に、ブロックの複数の領域をそれぞれ異なる温度に維持する場合においても、各領域をそれぞれ設定温度に加熱する個別のヒーターが不要となる他、複数個のヒーターの互いの熱影響を考慮する必要もない。
【００１８】
また、前記熱源間の直接熱移動を防止するための断熱手段が設けられているから、前記ブロック以外の部材で温度勾配が生じてしまうことが防止され、精度の高い温度制御が行える。また、発明者らの実験によれば、前記断熱手段は空気層であることが好ましく、さらにこの空気層中の空気を流通させて連続的な冷却を行うことで、さらに良好な温度制御効果が得られた。
【００１９】
ここで、熱源としては、小型軽量であり、振動や騒音が発生せず、応答が早く、電流（電圧）によって微妙な温度制御が可能であることから、熱電変換素子であるペルチェ素子を利用したペルチェモジュールを好適に採用することができる。この場合、ブロックの複数の領域をそれぞれ設定温度に加熱する個別のヒーターを設ける場合に比べて、ヒーターを設定温度に維持するため、ヒーターをオンオフして加熱したり、冷却する制御が不要となり、その制御に伴うロス時間が発生することがない。また、持ち運びすることが可能となることから、任意の場所で使用することができ、安価に製造することができる。
【００２０】
また、ブロックの材料としては、ＰＤＭＳ、ＰＭＭＡ（polymethylmethacrylate＝メタクリル樹脂）、ＰＣ（polycarbonate ＝ポリカーボネート）などのプラスチックの他、ガラス板、シリコンウェーハ、金属板を採用することができる。ブロックに流路を形成する技術としては、流路の大きさによっても異なるが、マイクロメートルサイズやナノメートルサイズの流路などを形成する場合は、ＤＶＤなどの製造に採用される超精密金型を利用した射出成型や、半導体製造工程で採用されるフォトリソグラフィー、エッチング加工、機械加工、イオンビーム加工などを挙げることができ、ブロックの材質と流路などの大きさに合わせて適宜選択すればよい。
【００２１】
流路の大きさとしては、流路を通過する対象流体の性状や流量にもよるが、対象流体が通過できればよく、特に限定されない。
【００２２】
さらにこのような構成によれば、対象流体が設定された複数の温度領域を通過する際、通過する時間を調整するため、流路の長さおよび／または断面積を各温度領域によって変更することもできる。
【００２３】
また、本発明において、熱源をブロックに配置する際、流路などを密封するように、ブロックにフィルムを貼着してもよい。
【００２４】
また、この発明の１の実施形態によれば、前記断熱部は、空気層であることが好ましく、さらに、この空気層中の空気を流通させ、当該空気層中の空気の温度上昇を防止するための空気流通装置を有することが望ましい。また、この場合、空気流通装置により流通される空気は室温若しくはそれ以下の温度であることがさらに好ましい。
【００２５】
他の１の実施形態によれば、前記断熱部は、前記熱源の周囲に設けられた空気層であり、この空気層により前記熱源保持部材への熱伝導を抑制するように構成されていることが好ましい。このような構成の場合、前記熱源保持部材は、前記熱源を点若しくは線接触で保持されていることがさらに好ましい。
【００２６】
更なる他の１の実施形態によれば、前記断熱部は、前記熱源保持部材の少なくとも一部に設けられた断熱部材である。
【００２７】
また、前記ブロックに設けられた流路は、少なくとも前記温度勾配方向両端で順次折り返して温度勾配方向に沿って複数回往復するように形成されており、前記熱源は、前記複数の折返し部に亘って設けられ、前記ブロックには、前記流路への流体注入口及び出口が前記２つの熱源間に位置して設けられているものである。
【００２８】
更なる他の１の実施形態によれば、前記熱源の前記ブロックに接触する部位には熱源とブロックの密着性を高める柔軟性熱伝導部材が固着され、この熱源はこの熱伝導部材を介して前記ブロックと面接触することが好ましい。この場合、前記熱伝導部材は、ジェルシートであることが望ましい。
【００２９】
また、この発明の第２の主要な観点によれば、ブロックに形成された流路を流通する流体の温度制御を行うための温度制御装置であって、前記ブロックの表面及び裏面に当接してこのブロックを挟む一対の熱源であって、この一対の熱源は互いに温度が異なり、前記ブロックの厚さ方向に沿って上記熱源同士の温度差に応じた温度勾配を生じさせるものである、熱源と、前記一対の熱源を保持する熱源保持部材と、を有することを特徴とする流体温度制御装置が提供される。
【００３０】
このような構成によれば、前記ブロックに生じる熱勾配に応じて制御される温度領域に応じて流体の流路を形成することで、少ない熱源で、このブロック内にこの熱源数以上の温度領域を形成することができる。
【００３１】
さらに、この発明の第３の主要な観点によれば、解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する微細流路を形成したブロックにＤＮＡを流通させ、所定の領域で、前記解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する温度に前記ＤＮＡを制御することでＤＮＡを増幅するためのＤＮＡ増幅装置であって、前記ブロックに対して、前記液体の流通方向に沿って離間した状態で接触させられる２つの熱源であって、この２つの熱源はそれぞれ解離工程と複製工程に対応する温度に制御され、前記ブロックに上記熱源同士の温度差に応じた温度勾配を生じさせることで前記ＤＮＡを前記解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する温度に制御するものである、熱源と、前記２つの熱源を保持する熱源保持部材と、前記保持部材に設けられ、前記熱源間の直接熱移動を防止するための断熱部と、前記熱源の温度を制御する熱源制御部とを有することを特徴とするＤＮＡ増幅装置が提供される。
【００３２】
このような構成によれば、２つの熱源で、ブロック中に解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する３つの温度領域を形成することができる。
【００３３】
また、この発明の第４の主要な観点によれば、解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する領域を有する微細流路を有し、この微細流路にＤＮＡを連続的に流通させ、それぞれの工程に対応する領域で、解離工程、アニーリングおよび複製工程に対応する温度に制御することでＤＮＡを増幅するためのＤＮＡ増幅用ブロックであって、前記解離工程に対応する微細流路が形成された第１の層と、前記アニーリング工程に対応する微細流路が形成された第２の層と、前記複製工程に対応する微細流路が形成された第３の層とが積層されてなることを特徴とするＤＮＡ増幅用ブロックが提供される。ここで、前記第１〜第３の層は、前記第１の層の微細流路を前記解離工程に対応する温度に制御し、前記第３の層の微細流路を複製工程に対応する温度に制御した場合に、前記第２の層の微細流路が第１の層から第３の層に渡って生じる熱勾配により前記アニーリング工程に対応する温度に制御されるように形成されていることが好ましい。
【００３４】
なお、この発明には、上記に記載していない他の特徴及び顕著な効果もあるが、それらについては以下に説明するこの発明の好ましい実施形態および添付した図面から当業者が理解することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ブロックに形成された流路を確実に複数の設定温度に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１および図２には、本発明のブロックの温度制御装置を具体化した第１の実施形態としてＤＮＡ増幅装置１が示されている。
（基本構成）
このＤＮＡ増幅装置１は、ブロックとしてのチップ２と、温度制御装置３とから構成されている。
【００３７】
（チップ）
チップ２は、縦２７ｍｍ×横７６ｍｍ×厚み３ｍｍの耐熱性プラスチック、例えば、ＰC製基板４の表面に、幅２００μｍおよび深さ５０μｍの流路４１を形成したものであり、射出成形によって成型されている。そして、基板４には、流路４１の上流側に連通して、注入部４２およびポンプ部５が設けられ、その下流側に取出部４３が設けられている。
【００３８】
ここで、流路４１は、図３に示すように、ＤＮＡの解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する領域を有しており、解離工程、アニーリング工程および複製工程を１サイクルとして横方向に３０サイクル形成されている。
【００３９】
なお、流路４１の解離工程、アニーリング工程および複製工程に対応する領域は、後述するように、温度制御装置３がチップ２に配置され、その熱伝導によってチップ２に発生する温度勾配に基づいて選択された適切な温度領域になるように形成されている。
【００４０】
また、各工程におけるＤＮＡの滞留時間は、流路４１の長さまたは断面積によって、あるいは、長さおよび断面積によって調整されている。
【００４１】
なお、前記ポンプ部５は、詳細には図示しないが、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System ）技術を用いて製造され、基板４に組み込まれている。
【００４２】
（温度制御装置）
温度制御装置３は、高温側熱源３１および低温側熱源３２と、これらの高温側熱源３１および低温側熱源３２を一面側の離隔した二位置にそれぞれ支持する支持部材３３と、前記高温側熱源３１と低温側熱源３２の間に形成された断熱手段としての空気層３４に室温の空気を矢印（イ）で示すように連続的に流通させる空気流通装置３５とから構成されている。
【００４３】
高温側熱源３１および低温側熱源３２は、ペルチェ素子を利用したペルチェモジュールであり、よく知られているように、電流（電圧）の大きさを制御することにより、精密な温度コントロールを応答性よく行うことができ、これにより高温側熱源３１および低温側熱源３２をそれぞれ設定温度に簡単に制御することができる。
【００４４】
一方、支持部材３３（熱源保持部材）は、熱伝導率の低い材料、例えば、セラミックからなり、チップ２に対応する大きさに形成されており、かつ、前記２つの熱源３１，３２の間には断熱手段としての空気層３４が介在するように構成されている。この空気層３４は、熱源３１，３２間の直接的な熱移動が生じないように設けられたものであり、かつ、この空気層３４中の空気の温度が過度に上昇しないように前記空気流通装置３５によって常に室温の空気が流通されるようになっている。
【００４５】
また、前記２つの熱源３１，３２は温度制御部３９を介して図示しない電源に接続され、それぞれ、前記チップ２に所望の温度勾配を生じさせるような所定の温度に制御されるようになっている。すなわち、ＤＮＡの解離には９５℃前後の温度が必要であり、また、アニーリングには５５℃前後の温度が必要であることから、高温側熱源３１の温度は９５℃前後の適当な温度に設定され、一方、低温側熱源３２の温度は５５℃前後の適当な温度に設定される。
【００４６】
そして、高温側熱源３１および低温側熱源３２をそれぞれ設定温度に制御した状態で、チップ２の表面の離隔した二位置に接触させると、高温側熱源３１および低温側熱源３２の各熱がチップ２に熱伝導し、チップ２に高温側熱源３１から低温側熱源３２にかけて連続する温度勾配が発生する。そして、チップ２が定常状態にあるとき、チップ２の表面上の任意の一点は、その温度勾配における一定温度に維持されることになる。したがって、この実施形態では、熱伝導によってチップ２に発生した温度勾配のうち、９５℃前後の温度領域に解離工程に対応する流路４１が形成されている。同様に、５５℃前後の温度領域にアニーリング工程に対応する流路４１が、７０℃前後の温度領域に複製工程に対応する流路４１がそれぞれ形成されている。
【００４７】
さらに、この実施形態では、図１に示すように、前記熱源の前記チップに当接する側の表面に熱伝導性の柔軟シート３６、好ましくはジェルシートが貼着されている。この柔軟シート３６は、仮に、前記熱源３１，３２の表面とチップ２の表面の間の平行性が悪化した場合にでも、前記熱源３１，３２からの熱を確実に伝導するためのものであり、発明者の実験によれば、ジェルシートが最も好ましい。
（作用）
次に、このように構成されたＤＮＡ増幅装置１の作用について説明する。
【００４８】
チップ２の注入部４２に精製されたサンプルのＤＮＡを酵素およびプライマーとともに供給し、フィルム６（図２参照）を貼り付けて密閉した後、温度制御装置３の支持部材３３を介して高温側熱源３１および低温側熱源３２をチップ２の表面の離隔した二位置にそれぞれ接触させる。この場合、高温側熱源３１が解離工程側に、低温側熱源３２がアニーリング工程側にそれぞれ位置するようにチップ２に接触させる。次いで、高温側熱源３１および低温側熱源３２を作動させ、それぞれ設定温度に制御する。このとき、高温側熱源３１および低温側熱源３２の各熱がチップ２に熱伝導し、チップ２に高温側熱源３１から低温側熱源３２にかけて連続する温度勾配が発生する。そして、チップ２の表面上の任意の一点が一定温度に維持された定常状態となれば、ポンプ部５を駆動させ、精製されたサンプルのＤＮＡを酵素およびプライマーと合わせて流路４１に送り込む。
【００４９】
流路４１に送り込まれたＤＮＡは、解離工程に対応する領域、アニーリング工程に対応する領域および複製工程に対応する領域の順に流路４１を通過する。ＤＮＡが解離工程に対応する領域に達すると、その領域はＤＮＡの解離に必要な温度である９５℃前後に維持されており、ＤＮＡは解離する。次いで、解離したＤＮＡがアニーリングに対応する領域に達すると、その領域はＤＮＡのアニーリングに必要な温度である５５℃前後に維持されており、解離したＤＮＡはプライマーと結合する。この後、アニーリングしたＤＮが複製工程に対応する領域に達すると、その領域はＤＮＡの複製に必要な温度である７０℃前後に維持されており、アニーリングしたＤＮＡは、酵素によってプライマーを起点として伸長し、ＤＮＡを複製する。
【００５０】
したがって、ＤＮＡは、解離工程、アニーリング工程および複製工程を１サイクルとして３０サイクルの流路４１を通過し、目的とするＤＮＡを約１００万倍に増幅して取出部４３に得ることができる。そして、取出部４３に得られたＤＮＡのコピーは、図示しない検出装置にかけられ、判定される。
【００５１】
このように、チップ２は、ＤＮＡの解離工程に対応する領域、アニーリング工程に対応する領域および複製工程に対応する領域がそれぞれＤＮＡの解離、アニーリングおよび複製に必要な温度に維持されているため、精製されたサンプルのＤＮＡをマイクロチップ２の注入部４２に供給する簡単な操作により、ＤＮＡを複数サイクルの解離工程、アニーリング工程および複製工程を経て目標とする個数に増幅することができる。
【００５２】
この場合、サンプルのＤＮＡは、マイクロリットル単位の微小量であることから、熱容量負荷が非常に小さくなり、反応時間を大幅に短縮化することができる。例えば、チップ２が定常状態に達するまでの時間が約３０秒、ＤＮＡが１サイクル通過する時間を１秒とすると、３０サイクルのＰＣＲ法を行うに要する時間は、約１分となる。
【００５３】
しかも、温度制御装置３は、支持部材３３に高温側熱源３１および低温側熱源３２を離隔して設けるだけの簡単な構造であり、コストを大幅に削減することができる。また、温度制御装置３の高温側熱源３１および低温側熱源３２の各熱がチップ２に熱伝導されて、チップ２に発生する温度勾配が定常状態になれば、チップ２の表面上の任意の一点は、温度勾配における一定温度に維持される。このため、目標温度を維持するように、ヒーターをオンオフして、加熱、冷却するような制御が不要となり、その制御に伴うロス時間を省略することができる。また、高温側熱源３１の温度と低温側熱源３２の温度との差の範囲内において、ヒーターなどを増やすことなく温度勾配における任意の温度を必要な数だけ利用することができる。
【００５４】
また、全体として小型化されることから、どこにでも持ち運びすることができ、任意の場所でＤＮＡを増幅することが可能となる。この際、温度制御装置３の駆動源としては、電池や化学熱源を利用することができる。
【００５５】
また、チップ２と温度制御装置３は別体であることから、フィルム６とともにチップ２のみを交換し、温度制御装置３については繰り返し使用することができるので、コストを大幅に引き下げることができる。
【００５６】
さらに、前記２つの熱源３１，３２に挟まれた前記チップ２の流路部分には熱源が存在しないから、この部分を有効活用することができる。この実施形態では、この熱源３１，３２に挟まれた部分に注入部４２及び取出部４３を設けることによりチップ２の小型化を図っている。
（第２の実施形態）
次に、図５乃至図７を参照して、ＤＮＡの増幅装置１の第２の実施形態を説明する。
【００５７】
前記第１の実施形態においては、前記高温側熱源３１’と低温側熱源３２’は、チップの面方向に沿って同じ高さで互いに離間して配置されたものであったが、この実施形態においては、図５に示すように、高温側と低温側の熱源３１’、３２’はブロック２Ａを挟んだ上下に配置されている。そしてこれによってブロック２Ａに厚さ方向の温度勾配を発生させるように構成されている。
【００５８】
また、この温度制御装置に適用されるブロック２Ａは、ＤＮＡの解離工程、複製工程及びアニーリング工程に対応する３枚のチップ４Ａ〜４Ｃを積層して形成されたものとなっている。
【００５９】
各チップ２は、縦２７ｍｍ×横７６ｍｍ×厚み３ｍｍの耐熱性プラスチック、例えば、ＰＣ製基板４の表面に幅２００μｍおよび深さ５０μｍの流路を形成するとともに、厚み方向に直径５６μｍの連通孔を貫通して形成したものであり、射出成形によって形成されている。
【００６０】
具体的には、図８に詳細に示すように、１枚目の基板４Ａの表面には、縦方向上端部に複数個のＵ字状の流路４１ａが横方向に設定ピッチをおいて形成されるとともに、縦方向下端部に複数個のＵ字状の流路４１ｂが横方向に設定ピッチをおいて形成されている。そして、基板４Ａには、上端部の各流路４１ａの一対の先端部にそれぞれ連通して厚み方向に貫通する連通孔４１ｃ，４１ｄが形成され、下端部の各流路４１ｂの一対の先端部にそれぞれ連通して厚み方向に貫通する連通孔４１ｅ，４１ｆが形成されている。
【００６１】
ここで、流路４１ａにおける連通孔４１ｃ，４１ｄの中心間隔と、流路４１ｂにおける連通孔４１ｅ，４１ｆの中心間隔とは等しく、かつ、流路４１ａ，４１ｂは、隣接する上端部の流路４１ａと下端部の流路４１ｂにおいて、流路４１ｂの連通孔４１ｆの中心と、流路４１ａの連通孔４１ｃの中心とが、基板４Ａの縦方向を通って表面に直交する垂直面上に位置するように形成され、また、流路４１ａの連通孔４１ｄの中心と、流路４１ｂの連通孔４１ｅの中心とが、基板４Ａの縦方向を通って表面に直交する垂直面上に位置するように形成されている。
【００６２】
２枚目の基板４Ｂの表面には、縦方向略中間部と上端部との間にわたって設定長さの直線状の流路４１ｇが横方向に設定ピッチをおいて形成されるとともに、縦方向略中間部と下端部との間にわたって設定長さの直線状の流路４１ｈが横方向に設定ピッチをおいて形成されている。そして、流路４１ｇにおいては、略中間部側端部に連通して厚み方向に貫通する連通孔４１ｉが形成されるとともに、その延長線上の下端部に連通孔４１ｊが形成され、一方、流路４１ｈにおいては、略中間部側端部に連通して厚み方向に貫通する連通孔４１ｋが形成されるとともに、その延長線上の下端部に連通孔４１ｍが形成されている。
【００６３】
ここで、流路４１ｇ，４１ｈは、それらの中心が基板４Ｂの縦方向を通って表面に直交する垂直面上に位置するように形成されている。また、流路４１ｇのピッチと、流路４１ｈのピッチとは等しく、流路４１ｇ，４１ｈは、互いに相手側の隣接する一対の流路の中間に位置するように形成されている。
【００６４】
さらに、３枚目の基板４Ｃの表面には、縦方向略中間部と上端部との間にわたって設定長さの直線状の流路４１ｎが横方向に設定ピッチをおいて形成されるとともに、縦方向略中間部と下端部との間にわたって設定長さの直線状の流路４１ｐが横方向に設定ピッチをおいて形成されている。
【００６５】
ここで、流路４１ｎ，４１ｐは、それらの中心が基板４Ｃの縦方向を通って表面に直交する垂直面上に位置するように形成されている。また、流路４１ｎのピッチと，流路４１ｐのピッチとは等しく、流路４１ｎ，４１ｐは、互いに相手側の隣接する一対の流路の中間に位置するように形成されている。
【００６６】
そして、３枚の基板４Ａ，４Ｂ，４Ｃをこの順に積層したブロック２Ａにおいて、１枚目の基板４Ａの連通孔４１ｃが２枚目の基板４Ｂの流路４１ｇの上端部側端部に連通し、その連通孔４１ｉが３枚目の基板４Ｃの流路４１ｐの中間部側端部に連通するように位置決めされている。また、１枚目の基板４Ａの連通孔４１ｄが２枚目の基板４Ｂの連通孔４１ｍを経て３枚目の基板４Ｃの流路４１ｎの上端部側端部に連通するように位置決めされている。さらに、１枚目の基板４Ａの連通孔４１ｅが２枚目の基板４Ｂの流路４１ｈの下端部側端部に連通し、その連通孔４１ｋが３枚目の基板４Ｃの流路４１ｎの中間部側端部に連通するように位置決めされている。また、１枚目の基板４Ａの連通孔４１ｆが２枚目の基板４Ｂの連通孔４１ｊを経て３枚目の基板４Ｃの流路４１ｐの下端部側端部に連通するように位置決めされている。
【００６７】
なお、１枚目の基板４Ａには、最上流側の流路４１ａの上流側に連通して注入部４２およびポンプ部５が設けられ、最下流側の流路４１ａの下流側に連通して取出部４３が設けられている。
【００６８】
そして、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’がブロック２Ａに配置され、その熱伝導によってブロック２Ａに温度勾配が発生するとき、後述するように、１枚目の基板４Ａの流路４１ａ，４１ｂはＤＮＡの解離工程に対応する温度領域に設定され、２枚目の基板４Ｂの流路４１ｇ，４１ｈは複製工程に対応する温度領域に設定され、３枚目の基板４Ｃの流路４１ｎ，４１ｐはアニーリング工程に対応する温度領域に設定されている。そして、図６に示すように、ＤＮＡの解離工程に対応する基板４Ａの流路４１ａ、アニーリング工程に対応する基板４Ｃの流路４１ｎ、複製工程に対応する基板４Ｂの流路４１ｈを１サイクルとするとともに、図７に示すように、解離工程に対応する基板４Ａの流路４１ｂ、アニーリング工程に対応する基板４Ｃの流路４１ｐ、複製工程に対応する基板４Ｂの流路４１ｇを１サイクルとして横方向に３０サイクル形成されている。
【００６９】
また、各工程におけるＤＮＡの滞留時間は、各流路４１ａ，４１ｂ，４１ｇ，４１ｈ，４１ｎ，４１ｐの長さおよび／または断面積によって調整されている。
【００７０】
高温側熱源３１’および低温側熱源３２’は、ペルチェ素子を利用したペルチェモジュールからなり、高温側熱源３１’の温度は９５℃前後の適当な温度に設定され、一方、低温側熱源３２’の温度は５５℃前後の適当な温度に設定されている。
【００７１】
そして、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’をそれぞれ設定温度に制御する一方、高温側熱源３１’を基板４Ａ，４Ｂ，４Ｃをこの順に積層してなるブロック２Ａの基板４Ａの表面に配置するとともに、低温側熱源３２’を基板４Ｃの裏面に配置するとき、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’の各熱がブロック２Ａに熱伝導し、ブロック２Ａの厚み方向に高温側熱源３１’から低温側熱源３２’にかけて連続する温度勾配が発生する。すなわち、ブロック２Ａが定常状態にあるとき、基板４Ａ，４Ｂ，４Ｃの各表面上の任意の一点は、その温度勾配における一定温度に維持されている。
【００７２】
ここで、熱伝導によってブロック２Ａに発生した温度勾配のうち、解離工程となる９５℃前後の温度領域に基板４Ａの流路４１ａ，４１ｂが対応するように、また、アニーリング工程となる５５℃前後の温度領域に基板４Ｃの流路４１ｎ，４１ｐが対応するように、さらには、複製工程となる７０℃前後の温度領域に基板４Ｂの流路４１ｇ，４１ｈが対応するように、基板４Ａ，４Ｂ，４Ｃの厚みとともに、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’の設定温度が選択されている。
【００７３】
また、図５に示すように、前記熱源３１’，３２’は、保持部材３３’によって保持されている。この保持部材３３’は、セラミック等の熱伝導率の低い部材で形成されていると共に、この図には詳細に記載していないが、通常の機械的手段によって前記２つの熱源３１’、３２’を閉じる方向に駆動し、前記ブロック２Ａを把持できるように構成されている。また、この熱源３１’、３２’の表面には、前記第１の実施形態と同様に熱伝導性柔軟シート３６、好ましくはジェルシートが貼着されている。
【００７４】
次に、このように構成された増幅装置の作用について説明する。
【００７５】
精製されたサンプルのＤＮＡをブロック２Ａの注入部４２に供給し、フィルム６を貼り付けて密閉した後、高温側熱源３１’をブロック２Ａの基板４Ａの表面に、低温側熱源３２’をブロック２Ａの基板４Ｃの裏面にそれぞれ接触させる。次いで、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’を作動させ、それぞれ設定温度に制御する。このとき、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’の各熱がブロック２Ａに熱伝導し、ブロック２Ａの厚み方向に高温側熱源３１’から低温側熱源３２’にかけて連続する温度勾配が発生する。そして、ブロック２Ａの厚み方向の任意の一点が一定温度に維持された定常状態となれば、ポンプ部５を駆動し、精製されたサンプルのＤＮＡを流路４１ａに送り込む。
【００７６】
解離工程に対応する領域である流路４１ａに送り込まれたＤＮＡは、図６に示すように、連通孔４１ｄ，４１ｍを経てアニーリング工程に対応する領域である流路４１ｎに達し、次いで、連通孔４１ｋを経て複製工程に対応する領域である流路４１ｈを通過した後、連通孔４１ｅを経て解離工程に対応する領域である流路４１ｂに到達する。さらに、流路４１ｂを通過したＤＮＡは、図７に示すように、連通孔４１ｆ，４１ｊを経てアニーリング工程に対応する領域である流路４１ｐに達し、次いで、連通孔４１ｉを経て複製工程に対応する領域である流路４１ｇを通過した後、連通孔４１ｃを経て再び解離工程に対応する領域である流路４１ａに到達する。以下同様に、基板４Ａの流路４１ａ、基板４Ｃの流路４１ｎ、基板４Ｂの流路４１ｈを流れた後、基板４Ａの流路４１ｂ、基板４Ｃの流路４１ｐ、基板４Ｂの流路４１ｇを流れ、再び基板４Ａの流路４１ａに還流することが繰り返される。
【００７７】
この場合、基板４Ａの流路４１ａ，４１ｂは、ＤＮＡの解離に必要な温度である９５℃前後に維持されており、流路４１ａ，４１ｂを通過する際、ＤＮＡは解離する。また、基板４Ｃの流路４１ｎ，４１ｐは、ＤＮＡのアニーリングに必要な温度である５５℃前後に維持されており、流路４１ｎ，４１ｐを通過する際、流路４１ａ，４１ｂにおいて解離したＤＮＡは、プライマーと結合する。さらに、基板４Ｂの流路４１ｇ，４１ｈは、ＤＮＡの複製に必要な温度である７０℃前後に維持されており、流路４１ｇ，４１ｈを通過する際、流路４１ｎ，４１ｐにおいてアニーリングしたＤＮＡは、酵素によってプライマーを起点として伸長し、ＤＮＡを複製する。
【００７８】
したがって、ＤＮＡは、解離工程、アニーリング工程および複製工程を１サイクルとして３０サイクルの流路を通過し、目的とするＤＮＡを約100万倍に増幅して取出部４３に得ることができる。そして、取出部４３に得られたＤＮＡのコピーは、図示しない検出装置にかけられ、判定される。
【００７９】
このように、基板４Ａ，４Ｂ，４Ｃを積層してなるブロック２Ａは、ＤＮＡの解離工程に対応する領域、アニーリング工程に対応する領域および複製工程に対応する領域がそれぞれＤＮＡの解離、アニーリングおよび複製に必要な温度に維持されているため、精製されたサンプルのＤＮＡをブロック２Ａの注入部４３に供給する簡単な操作により、ＤＮＡを複数サイクルの解離工程、アニーリング工程および複製工程を経て目標とする個数に増複することができる。
【００８０】
この場合、サンプルのＤＮＡは、マイクロリットル単位の微小量であることから、熱容量負荷を非常に小さくなり、反応時間を大幅に短縮化することができる。
【００８１】
しかも、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’は、簡単な構造であり、コストを大幅に削減することができる。また、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’の各熱がブロック２Ａに熱伝導されて、ブロック２Ａに発生する温度勾配が定常状態になれば、ブロック２Ａの任意の一点は、温度勾配における一定温度に維持される。このため、目標温度を維持するように、ヒーターをオンオフして、加熱したり、冷却するような制御が不要となり、その制御に伴うロス時間を省略することができる。また、熱抵抗による損失を除く高温側熱源３１’の温度と低温側熱源３２’の温度との差の範囲内において、ヒーターなどを増やすことなく温度勾配における任意の温度を必要な数だけ利用することができる。
【００８２】
また、全体として小型化されることから、どこにでも持ち運びすることができ、任意の場所でＤＮＡを増幅することが可能となる。この際、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’の駆動源としては、電池や化学熱源を利用することができる。
【００８３】
また、ブロック２Ａと、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’は別体であることから、フィルム６とともにブロック２Ａのみを交換し、高温側熱源３１’および低温側熱源３２’については繰り返し使用することができるので、コストを大幅に引き下げることができる。
（第３の実施形態）
図９乃至図１０には、実施例１のＤＮＡの増幅装置１の第３の実施形態が示されている。
【００８４】
このＤＮＡの増幅装置１も、チップ２と、温度制御装置３と、から構成されている。
【００８５】
この場合、マイクロチップ２は、前述した実施例１のチップ２と同一であるため、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８６】
温度制御装置３は、ペルチェ素子を利用したペルチェモジュールからなる高温側熱源３１および低温側熱源３２と、これらの高温側熱源３１および低温側熱源３２を、対向する各面にそれぞれ設けた熱伝導部材３７と、から形成されている。
【００８７】
熱伝導部材３７は、熱伝導率が良好な金属、セラミック、プラスチックなどからなり、チップ２に載置できる大きさに形成されている。
【００８８】
このため、高温側熱源３１および低温側熱源３２をそれぞれ設定温度に簡単に制御することができ、その際、熱伝導部材３７には、それぞれ設定された温度の高温側熱源３１から低温側熱源３２にかけて、連続する温度勾配が発生する。すなわち、熱伝導部材３７が定常状態にあるとき、熱伝導部材３７の表面上の任意の一点は、熱伝導部材３７の温度勾配における一定温度に維持される。
【００８９】
ここでも、ＤＮＡの解離には９５℃前後の温度が必要であり、また、アニーリングには５５℃前後の温度が、複製には７０℃前後の温度がそれぞれ必要であることから、高温側熱源３１の温度は９５℃前後の適当な温度に設定され、一方、低温側熱源３２の温度は５５℃前後の適当な温度に設定されている。そして、熱伝導部材３７がチップ２の表面に接触し、その温度勾配がチップ２に熱伝導した際にチップ２に発生する温度勾配のうち、９５℃前後の温度領域に解離工程に対応する流路４１が形成されている。同様に、５５℃前後の温度領域にアニーリング工程に対応する流路４１が、７０℃前後の温度領域に複製工程に対応する流路４１がそれぞれ形成されている。
【００９０】
次に、このように構成された増幅装置１の作用について説明する。
【００９１】
チップ２の注入部４２に精製されたサンプルのＤＮＡを酵素およびプライマーとともに供給し、フィルム６を貼り付けて密閉した後、温度制御装置３をフィルム６を介してチップ２の表面に接触させる。この場合、高温側熱源３１が解離工程側に、低温側熱源３２がアニーリング工程側にそれぞれ位置するようにチップ２に接触させる。次いで、高温側熱源３１および低温側熱源３２を作動させ、それぞれ設定温度に制御する。このとき、熱伝導部材３７に高温側熱源３１から低温側熱源３２にかけて温度勾配が発生し、その温度勾配は、フィルム６を介してチップ２に熱伝導される。チップ２に熱伝導部材３７の定常状態の温度勾配が熱伝導されて表面上の任意の一点が一定温度に維持されたならば、ポンプ部５を駆動し、精製されたサンプルのＤＮＡを酵素およびプライマーと合わせて流路４１に送り込む。
【００９２】
流路４１に送り込まれたＤＮＡは、解離工程に対応する領域、アニーリング工程に対応する領域および複製工程に対応する領域の順に流路４１を通過する。ここで、ＤＮＡが解離工程に対応する領域に達すると、その領域はＤＮＡの解離に必要な温度である９５℃前後に維持されており、ＤＮＡは解離する。次いで、解離したＤＮＡがアニーリングに対応する領域に達すると、その領域はＤＮＡのアニーリングに必要な温度である５５℃前後に維持されており、解離したＤＮＡはプライマーと結合する。この後、アニーリングしたＤＮＡが複製工程に対応する領域に達すると、その領域はＤＮＡの複製に必要な温度である７０℃前後に維持されており、アニーリングしたＤＮＡは、酵素によってプライマーを起点として伸長し、ＤＮＡを複製する。
【００９３】
したがって、ＤＮＡは、解離工程、アニーリング工程および複製工程を１サイクルとして３０サイクルの流路４１を通過し、約１００万倍に増幅して取出部４３に得ることができる。そして、取出部４３に得られたＤＮＡのコピーは、図示しない検出装置にかけられ、判定される。
【００９４】
このように、チップ２は、ＤＮＡの解離工程に対応する領域、アニーリング工程に対応する領域および複製工程に対応する領域がそれぞれＤＮＡの解離、アニーリングおよび複製に適切な温度に維持されているため、精製されたサンプルのＤＮＡをチップ２の注入部４２に供給するだけ簡単な操作により、ＤＮＡを必要とする複数サイクルの解離工程、アニーリング工程および複製工程を経て目標とする個数に増複することができる。
【００９５】
この場合、サンプルのＤＮＡは、マイクロリットル単位の微小量であることから、熱容量負荷が非常に小さくなり、反応時間を大幅に短縮化することができる。
【００９６】
しかも、温度制御装置３は、熱伝導部材３７を高温側熱源３１と低温側熱源３２とによって挟み込む簡単な構造であり、コストを大幅に削減することができる。また、熱伝導部材３７には、高温側熱源３１から低温側熱源３２にかけて連続する温度勾配が発生し、定常状態になれば熱伝導部材３７の表面上の任意の一点は、熱伝導部材３７の温度勾配における一定温度に維持される。このため、目標温度を維持するように、ヒーターをオンオフして、加熱したり、冷却するような制御が不要となり、その制御に伴うロス時間を省略することができる。また、熱抵抗による損失を除く高温側熱源３１の温度と低温側熱源３２の温度との差の範囲内において、ヒーターなどを増やすことなく熱伝導部材３７の温度勾配における任意の温度を必要な数だけ利用することができる。
【００９７】
また、全体として小型化されることから、どこにでも持ち運びすることができ、任意の場所でＤＮＡを増幅することが可能となる。この際、温度制御装置３の駆動源としては、電池や化学熱源を利用することができる。
【００９８】
また、チップ２と温度制御装置３は別体であることから、フィルム６とともにチップ２のみを交換し、温度制御装置３については繰り返し使用することができるので、コストを大幅に引き下げることができる。
【００９９】
なお、熱伝導部材３７としては、１個に限らず２個以上であってもよい。例えば、図１１に示すように、２個の熱伝導部材３７によって高温側熱源３１を挟み込み、各熱伝導部材３４の他面に低温側熱源３２をそれぞれ設けて温度制御装置３を形成してもよい。そして、このような温度制御装置３に対応して、チップ２の基板４には、２本の流路４１を平行に、かつ、上下（図１１においては左右）対称に形成すればよい。ただし、この場合は、上下端部側にアニーリング領域が、中央部側に解離領域がそれぞれ位置するように、２本の流路４１を形成する必要がある。このようなチップ２および温度制御装置３を採用することにより、２種類のＤＮＡを同時に増幅することができる。同様に、基板４に３本以上の流路４１を形成する一方、その流路４１に対応して熱源を設けた熱伝導部材３４を配置することにより、３種類以上のＤＮＡを同時に増幅することもできる。
（第４の実施形態）
次に、図１２、図１３を参照して第４の実施形態について説明する。なお、この実施形態の構成要素のうち上記で既に説明した構成要素と同一若しくは同様の構成要素については同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【０１００】
この第４の実施形態は、前記第１の実施形態の変形例である。この実施形態においては、熱源３１，３２から保持部材３３への熱伝導を最小にするために、前記熱源３１，３２は線接触若しくは接触面積が出来るだけ小さくなるように突起部３８によって保持されている。そして、この突起部３８によって形成された前記保持部材と熱源との間の隙間４３’（図１３参照）は、この発明の断熱手段としての空気層として機能するようになっている。そしてこの空気層４３’にも、第１の実施形態と同様の手段により室温の空気が連続的に流通させられこの部分の過度の温度上昇を防ぎ断熱効果を維持するようになっている。
（第５の実施形態）
図１３は、第５の実施形態を示すものである。この第５の実施形態は、前記第２の実施形態の変形例である。
【０１０１】
この実施形態では、前記第４の実施形態と同様に、前記熱源３１’、３２’を前記保持部材３３’に設けられた突起部３８’によって保持している。そして、この突起部３８’によって形成された前記保持部材３３’と熱源との間の隙間は、この発明の断熱手段としての空気層として機能するようになっている。そしてこの空気層にも、第１の実施形態と同様の手段により室温の空気が連続的に流通させられこの部分の過度の温度上昇を防ぎ断熱効果を維持するようになっている。
【０１０２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、既に述べたように、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
【０１０３】
例えば、前述した実施形態においては、ＤＮＡを増幅する場合について説明したが、ＲＮＡについても、第１回目の反応に逆転写酵素を用いることにより、ｍＲＮＡを逆転写反応でｃＤＮＡに変え、そのｃＤＮＡをＰＣＲ法で増幅する公知のＰＴ−ＰＣＲ法を採用することにより、増幅することができる。
【０１０４】
また、前述した実施形態においては、温度制御装置３の高温側熱源３１および低温側熱源３２をフィルム６を挟んでチップ２に接触させて配置した場合を例示したが、温度制御装置３の高温側熱源３１および低温側熱源３２をチップ２の表面に接触させることなく近接して配置し、チップ２に温度勾配を発生させるようにしてもよい。
【０１０５】
さらに、熱源としては、２個に限らず３個以上であってもよい。例えば、図４に示すように、支持部材３３の中央に低温側熱源３２を、その両端部に高温側熱源３１をそれぞれ設けて温度制御装置３を形成する一方、チップ２の基板４に図３に示した流路４１を平行に、かつ、上下（図４においては左右）対称に２本形成することにより、２個のＤＮＡを同時に増幅することができる。同様に、基板４に３本以上の流路４１を形成する一方、その流路４１に対応して熱源を配置することにより、３個以上のＤＮＡを同時に増幅することもできる。
【０１０６】
さらにまた、前述した実施形態においては、ＤＮＡの増幅に適用した場合を例示したが、ＤＮＡ以外に複数の温度に制御する必要がある場合、例えば、化学反応用についても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
以上のように本発明によれば、コストを上昇させることなくブロックを複数の設定温度に維持することができることから、ＤＮＡの増幅などを現場で行うことができ、臨床分野防疫分野、捜査分野など、多方面に利用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明のブロック温度制御装置を具体化したＤＮＡの増幅装置の第１の実施形態の概略を示す分解斜視図である。
【図２】図１のＤＮＡ増幅装置を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図１のチップを一部省略して示す平面図である。
【図４】図１のＤＮＡ増幅装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図５】本発明のブロックの温度制御方法を具体化した第２の実施形態であるＤＮＡ増幅装置の概略を示す分解斜視図である。
【図６】図５のブロックを模式的に示すＸ−Ｘ線縦断面図である。
【図７】図５のブロックを模式的に示すＹ−Ｙ線縦断面図である。
【図８】図５のブロックを構成する各基板の流路および連通孔を一部省略して模式的に示す分解斜視図である。
【図９】本発明のブロック温度制御装置を用いた第３の実施形態としてのＤＮＡ増幅装置の概略を示す分解斜視図である。
【図１０】図９のＤＮＡ増幅装置を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】図９のＤＮＡ増幅装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態を示す概略構成図である。
【図１３】図１２のＤＮＡ増幅装置の要部を拡大して示す正面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態を示す概略構成図である。
【図１５】実験室レベルのＤＮＡの増幅方法を説明する概略図である。
【図１６】ＤＮＡの増幅方法であるＰＣＲ法を説明する概略図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  増幅装置
２  チップ（ブロック）
２Ａ  ブロック
３  温度制御装置
３１  高温側熱源
３２  低温側熱源
３３  支持部材
３４  空気層
３７  熱伝導部材
４  基板
４１  流路
４２  注入部
４３  取出部
５  ポンプ部
６  フィルム
【図１】
2006244476.tif 000003
【図２】
2006244476.tif 000004
【図３】
2006244476.tif 000005
【図４】
2006244476.tif 000006
【図５】
2006244476.tif 000007
【図６】
2006244476.tif 000008
【図７】
2006244476.tif 000009
【図８】
2006244476.tif 000010
【図９】
2006244476.tif 000011
【図１０】
2006244476.tif 000012
【図１１】
2006244476.tif 000013
【図１２】
2006244476.tif 000014
【図１３】
2006244476.tif 000015
【図１４】
2006244476.tif 000016
【図１５】
2006244476.tif 000017
【図１６】
2006244476.tif 000018